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Articles by Cha-Min Tang in JoVE
JoVE Bioengineering
Photostimulation motifs avec les périphériques numériques Micromirror chargé d'enquêter sur l'intégration à travers des points dendritiques Direction
Department of Neurology, Baltimore VA Medical Center, University of Maryland School of Medicine
Appareils numériques à micromiroirs (DMD) peut générer des modèles complexes dans le temps et l'espace avec lequel contrôler l'excitabilité neuronale. Questions pertinentes pour la conception, la construction et l'exploitation des systèmes DMD sont discutées. Un tel système a permis la démonstration de la non-linéaires intégration à travers des points de ramification distale dendritiques.
Other articles by Cha-Min Tang on PubMed
Rôles Uniques De SK Et Kv4.2 Canaux Potassiques Dans L'intégration Dendritiques
Activation focale des récepteurs du glutamate dans l'hippocampe de dendrites distales des cellules pyramidales déclenche voltage-dépendants Ca (2 +) potentiels en plateau de canal à médiation qui se limitent à la dendrite stimulé. Nous avons examiné le rôle de dendritiques K (+) conductances dans déterminer l'amplitude, la durée, et la compartimentation spatiale des potentiels en plateau. Les manipulations qui bloquées SK-type Ca (2 +) des K activé (+) des canaux, y compris apamine et BAPTA dialyse, a augmenté la durée des potentiels plateau sans affecter leur amplitude ou la compartimentation. Les manipulations qui bloquées Kv4.2 Un type-K (+) des canaux, y compris un dominant négatif Kv4.2 construction et la 4-aminopyridine, ont augmenté l'amplitude des potentiels du plateau en leur permettant de recruter des dendrites voisins. Prolongation du plateau potentiels ou un bloc de canaux Kv4.2 à points de branchement facilité la capacité de l'excitation dendritiques de déclencher des potentiels d'action rapides. Les canaux SK donc sous-tendent la repolarisation des potentiels en plateau dendritiques, alors que Kv4.2 canaux limiter ces potentiels à simples branches dendritiques, et les deux agissent de concert pour réguler l'intégration synaptique.
Potentialisation à Long Terme Des Réponses Glutamate Exogène à épines Dendritiques Simples
À long terme augmente dans la force de transmission au niveau des synapses excitatrices Schaffer cellules garantie-CA1 de l'hippocampe demander l'insertion de nouvelles alpha-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionate récepteurs (AMPA) dans la synapse, mais le cinétique de ce processus ne sont pas bien établis. Utilisation microphotolysis du glutamate en cage pour activer les récepteurs à simples épines dendritiques des cellules hippocampiques CA1, nous rapportons la potentialisation de longue durée de AMPAR médiation courants avec seulement une paire unique de glutamate photoreleased et brève dépolarisation postsynaptique. Cette potentialisation est la N-méthyl-D-aspartate (NMDAR)-dépendante et a été renversée avec une faible fréquence de photostimulation d'une manière NMDAR-dépendante, ce qui suggère qu'il est médié par le même mécanisme (s) comme cela est classique synaptique potentialisation à long terme . La potentialisation de réponses photolytiques développés rapidement et de façon progressive après un bref délai et variable (<60 s) à épines, mais n'a pas pu être induite dans les sites extrasynaptiques sur l'arbre dendritique. Potentialisation a été accompagnée par une diminution concomitante de la post-synaptique, polyamine-dépendante double choc de facilitation des courants photolytiques, indiquant qu'un changement dans la composition sous-unité des récepteurs AMPA qui sous-tendent la réponse a contribué à la potentialisation. Ces modifications sont cohérentes avec une augmentation de la proportion de GluR2 contenant AMPA dans la tête la colonne vertébrale. Ces résultats démontrent que l'activation des récepteurs du glutamate postsynaptiques par le glutamate n'est pas seulement nécessaire, mais suffisante, pour l'induction de NMDAR-dépendante potentialisation à long terme et de révéler d'autres aspects de son expression.
Tomographie Par Cohérence Optique Dans Le Diagnostic Et Le Traitement Des Troubles Neurologiques
Contrairement optique est souvent le facteur limitant dans l'imagerie des tissus biologiques en direct. Des études ont été menées dans le cerveau post-mortem de l'homme pour identifier les applications cliniques où les structures d'intérêt possèdent un fort contraste optique intrinsèque et où les en temps réel, haute résolution des capacités d'imagerie de tomographie par cohérence optique (OCT) peut être critique. Faisceaux de fibres myélinisées et les vaisseaux sanguins sont deux structures avec un contraste optique élevée. La capacité de l'image de ces deux structures en temps réel peut améliorer l'efficacité et la sécurité d'une intervention neurochirurgicale pour traiter la maladie de Parkinson a appelé la stimulation cérébrale profonde (DBS). PTOM a été évalué comme un système de guidage optique potentiel de DBS dans 25 cerveaux humains. Les résultats suggèrent que à base de cathéter OCT a la résolution et le contraste nécessaire pour DBS ciblage. Les résultats démontrent également la capacité de l'OCT pour détecter les vaisseaux sanguins avec une grande sensibilité, ce qui suggère un moyen possible d'éviter leur lacération au cours DBS. Autres structures microscopiques dans le cerveau humain avec un contraste optique élevée sont des vacuoles pathologiques associés à l'encéphalopathie spongiforme transmissible (EST). TSE comprennent des maladies comme la maladie de la vache folle et la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ) chez l'homme. Octobre effectuées sur le cerveau d'une femme qui est mort de la MCJ a été en mesure de détecter clairement les vacuoles pathologiques.
La Photolyse De Neurotransmetteurs En Cage: Théorie Et Les Procédures Pour La Livraison De Lumière
La photolyse de "cage" composés est une technique pour libérer des composés biologiquement actifs dans lesquels le calendrier, le taux et le profil spatial de la libération sont contrôlées par la lumière. Les questions relatives à la livraison de la lumière pour un seul photon de photolyse sont présentés. Discussion spécifiques comprennent des théories relatives à la façon de lumière interagit avec le tissu biologique pour produire la dispersion et de phototoxicité, ainsi que leurs enjeux pour choisir la source de lumière appropriée. Plusieurs méthodes et des motifs optiques sont présentés pour délivrer la sortie d'un laser à un modèle microscopique. Les critères de choix d'une approche sont présentés. Les sources commerciales pour les pièces nécessaires pour construire un système de photolyse sont également fournis. Cette unité sera particulièrement utile pour les enquêteurs s'intéressent à un seul photon photolyse de neurotransmetteurs en cage dans des tranches de cerveau.
Hyperexcitabilité Des Dendrites Distales Dans L'hippocampe Cellules Pyramidales Après Désafférentation Partielle Chronique
Les lésions traumatiques du système nerveux central les résultats de désafférentation partielle chronique de sous-ensembles de neurones survivants. Ces lésions sont souvent suivies par une période de différé, mais de longue durée de l'hyperexcitabilité aberrante. Les mécanismes cellulaires qui sous-tendent cette hyperexcitabilité retardée sont mal comprises. Nous avons développé un modèle in vitro de désafférentation et hyperexcitabilité réactive en utilisant des cultures organotypiques de tranches d'hippocampe pour étudier les mécanismes cellulaires sous-jacents. Une semaine après la section transversale du collatérale de Schaffer et afférences temporoammonic à neurones CA1, mémoire de stimulation tétanique des synapses excitatrices résiduelles produites dépolarisations anormalement longues, comparées aux réponses de neurones normalement innervés. Les réponses à la stimulation faible, en revanche, n'ont pas été affectées après désafférentation. La stimulation directe de distales dendrites apicales utilisant la photolyse focale de glutamate cage déclenché potentiels en plateau anormalement prolongées dans les neurones déafférenté lorsque la stimulation forte a été donnée, mais les réponses à une stimulation faible n'étaient pas différents de contrôles. Un phénotype identique a été produite par "déafférentation chimique" chronique avec des antagonistes des récepteurs du glutamate. Les réponses à la stimulation synaptique et photolytique forte ont été sélectivement prolongée par petite-conductance (SK-type) activés par le calcium bloqueurs de canaux potassiques dans les cellules normalement innervés mais pas après désafférentation. Pas de changements significatifs dans les niveaux d'ARNm ou de protéines SK2, l'inhibition GABAergique, la fonction des récepteurs du glutamate, la résistance d'entrée ou des paramètres potentiels d'action ont été observés après désafférentation chronique. Nous suggérons qu'une régulation à la baisse post-traductionnelle de la fonction du canal SK en fines dendrites distales est un facteur important de désafférentation induite par une hyperexcitabilité réactive.
À Base De Cathéter Scanner Lumière Infrarouge, Un Instrument Pour évaluer La Qualité Conduit Dans Un Pontage Coronarien
Perturbation endothéliale dans la veine saphène et de greffes artère radiale augmente le risque de thrombose. Toutefois, aucune méthode applicable cliniquement pour l'imagerie de l'intima qui existe actuellement. Nous avons utilisé une technologie d'imagerie infrarouge roman, tomographie par cohérence optique (OCT; LightLab Imaging, Inc, Westford, Mass), de visualiser l'intima dans les conduits récoltés.
Penser L'intérieur De La Greffe: Applications De La Tomographie Par Cohérence Optique Dans Le Pontage Aortocoronarien
Les progrès récents dans le cathéter à base de tomographie par cohérence optique (OCT) ont fourni la résolution nécessaire et la vitesse d'acquisition de haute qualité d'imagerie intravasculaire. Les complications liées au dédouanement du sang de la cuve d'un patient vivant ont empêché son acceptation plus large. Nous identifions une application chirurgicale qui tire parti des pouvoirs d'imagerie vasculaire de l'OCT, mais qui contourne les difficultés. Le pontage aortocoronarien (PAC) est l'opération la plus couramment pratiquée majeur en Amérique. Un facteur déterminant de son résultat a été postulé pour être préjudice causé au navire conduit engagées au cours de la procédure de récolte ou préexistant dans la cuve de récolte pathologie. Comme un test de faisabilité, intravasculaire imagerie OCT est obtenu à partir des artères radiales (AR) et / ou des veines saphènes (SVS) de 35 patients programmés pour un pontage coronarien. Pathologies détectées par OCT sont enregistrés par rapport à des coupes histologiques obtenues à partir de segments mis au rebut de chaque greffe. Octobre détecte de façon fiable les lésions athérosclérotiques dans les AR et morphologie de la plaque fibreuse discerne que, fibrocalcific, ou fibroatheromatous. L'OCT est également utilisé pour évaluer les traumatismes de l'intima et thrombi résiduels liés à la récolte endoscopique et la qualité de l'anastomose distale. Nous démontrer la faisabilité de imagerie OCT comme un outil peropératoire à sélectionner les navires de conduits pour un pontage coronarien.
Cohérence Optique Procédures De Tomographie Neurochirurgie Guidées Chez Les Petits Rongeurs
La livraison d'agents thérapeutiques directement vers les cibles profondes dans le cerveau est devenue un outil important dans le traitement d'une variété de troubles neurologiques. Actuellement, la méthode standard d'accomplir ceci est en utilisant des procédures stéréotaxiques. Bien que cette méthode existante est suffisante pour de nombreuses situations expérimentales, il s'agit essentiellement d'une procédure aveugle qui ne peut pas fournir une rétroaction en temps réel si l'emplacement réel dévié de l'emplacement prévu ou si l'agent thérapeutique a été effectivement remis. Nous décrivons ici une technique de guidage optique qui est conçu pour fonctionner en conjonction avec des procédures stéréotaxiques existants afin de fournir le nécessaire retour en temps réel pour administration de produits thérapeutiques dans les animaux vivants. Cette rétroaction en temps réel est activée par une technologie appelée à base de cathéter tomographie par cohérence optique (OCT). Dans cette étude, nous montrons que les PTOM ne peut fournir de la rétroaction de position en temps réel basé sur des repères microanatomic du cerveau des rongeurs vivants. Nous montrons que l'OCT peut fournir les indications nécessaires pour effectuer la microchirurgie comme la transection sélective des entrées collatérale de Schaffer dans la région CA1 de l'hippocampe avec une perturbation minimale des structures sus-jacentes. Nous montrons également que l'OCT permet un contrôle visuel de la prestation réussie de vecteurs viraux à certaines sous-régions de l'hippocampe.
Tridimensionnelle Holographique Photostimulation De L'Arbor Dendritiques
Holographie numérique est une technologie émergente qui peut générer des complexes motifs lumineux pour le contrôle de l'excitabilité des neurones et les circuits neuronaux. Les points forts de cette technique, une grande efficacité avec laquelle la lumière disponible peut être utilisé efficacement et la capacité à fournir de la lumière très concentré à plusieurs endroits simultanément. Ici, nous démontrons une autre force de l'holographie numérique: la capacité à générer instantanées motifs lumineux en trois dimensions. Cette capacité est démontrée avec la photolyse du glutamate en cage sur l'arbre dendritique des neurones de l'hippocampe, d'étudier la nature de l'intégration des entrées qui arrivent sur plusieurs branches dendritiques.
Un Avant-imagerie De Type Aiguille Octobre Probe Pour Les Procédures Image Stéréotaxique Guidées
Un avant-imagerie de type aiguille tomographie par cohérence optique (OCT) sonde avec Doppler PTOM (DOCT) la capacité a le potentiel pour résoudre les problèmes critiques dans les procédures interventionnelles. Un exemple en est la neurochirurgie stéréotaxique où les sondes sont avancés dans le cerveau en fonction des coordonnées prédéterminées. La lacération des vaisseaux sanguins à l'avant de la sonde d'avance est une complication inévitable avec les méthodes actuelles. En outre, liquide céphalo-rachidien (LCR) des fuites lors de la chirurgie peut changer le cerveau rendant les coordonnées prédéterminées fiable. Afin de relever ces défis, nous avons développé un avant-imagerie octobre sonde (740 OD um) en utilisant une lentille à gradient d'indice tige (GRIN) qui peuvent fournir de la rétroaction d'imagerie en temps réel pour éviter à risque des navires (8 images / s avec 1024 A-scans par image pour OCT / DOCT double imagerie) et guidage de l'instrument à des cibles spécifiques avec une résolution de 12 um axiale (100 images / s avec 160 A-scans par image pour imagerie OCT uniquement). Le fort rapport signal sur bruit de fond caractéristique de DOCT fournit une sensibilité exceptionnelle dans la détection et la quantification de la circulation du sang dans le parenchyme cérébral moutons en temps réel. L'imagerie OCT / DOCT double également démontré sa capacité à différencier le type de navire (artères / veines) sur vaisseaux fémoraux rat. Nous avons également démontré in vivo du cerveau humain ex que l'emplacement de la pointe de la sonde OCT peut être déduite à partir de micro-anatomiques points de repère dans des images OCT. Ces résultats démontrent la pertinence de l'orientation au cours des procédures stéréotaxiques octobre dans le cerveau et son potentiel pour réduire le risque d'hémorragie cérébrale.
